【文章內容簡介】 土墻類型多式多樣，分類方式也很多，按其作用性質不同分可分為：路肩墻、路堤墻、路塹墻、山坡墻、隧道及明洞口擋土墻、橋梁兩端擋墻等；按其結構性質不同可分為：重力式擋土墻、錨定式擋土墻、薄壁式擋土墻、加筋土擋土墻、其它擋土墻（柱板式擋土墻、樁板式擋土墻、垛式擋土墻）等 [2]。 拼裝式預制鋼筋混凝土塊擋土墻是最近一些年新興的一種擋土墻形式，其與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆擋土墻相比具有很多優(yōu)點：第一是其施工速度快，施工工期可提前；二是，由于其不產生大量的廢渣，故對環(huán)境影響很小，基本不污染環(huán)境；三是其外表美觀簡潔，容易進行美化設計； 四是其工程造價并不昂貴，性價比很高。同時，其施工工藝與結構形式與傳統(tǒng)擋土墻也有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在其無需現(xiàn)場澆筑，只需簡單的進行拼裝，其工程量較小。 但是相比較于部分拼裝的擋土墻而言，預制鋼筋混凝土拼裝式擋土墻雖然還沒有在國內大量的使用，但是其發(fā)展前景也相當可觀。因為其完全是拼裝的，所以在施工過程中不會用到大量的人力，且施工簡單方便。但是由于結構形式的選擇面較小所以有時候不會將其作為優(yōu)先考慮。但是其優(yōu)點還是比較明顯的，設計計算也較方便。 擋土墻發(fā)展史介紹 在古代人民反復不斷的實踐中，人們漸漸總結出了有關 于擋土墻設計的豐富的經驗并世代相傳下來，從中國的具有悠久歷史的古長城、古代望星臺、古墓及古墓周邊的古驛道、古棧道的兩側，都可以發(fā)現(xiàn)前人進行邊坡防護而修筑擋土墻的痕跡。在近代，擋土墻的作用越發(fā)明顯，其更是被廣泛應用于各種各樣土木及建筑工程中，西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 2頁 特別是鐵道與公路的路基工程、建筑工程、市政園林工程、水利水電工程、水土保持工程中。擋土墻可以說是隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的。 重力式擋土墻是從古至今歷史最悠久的一種擋土墻結構形式，因為其材料資源豐富、結構形式容易理解、取材方便無需大范圍搬運、施工簡便快捷 ，所以其仍然是目前各國應用的最為廣泛的結構形式。為了適應各式各樣不同地形條件和不同地基承載力的復雜要求，在重力式擋土墻的基礎上，漸漸發(fā)展形成了半重力式擋土墻與衡重式擋土墻。 為了適應不同地區(qū)的建筑條件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、穩(wěn)定性等），研究開發(fā)了多種形式的擋土墻，如懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨定板式、錨桿式、土釘式及卸荷板式等，這些形式都是鋼筋混凝土結構 [3]。 扶臂式和懸臂式擋土墻在國外各個國家中應用非常廣泛，但在我國尚未大范圍的進行普及，相信隨著高等級高要求的公路工程向中西 部地區(qū)的大力推進，其在建筑工程中的應用將越來越廣。 加筋土式擋土墻的結構設計運用了先進的加筋土技術，這是在上個世紀 60 年代由法國的一個著名工程師亨利一維達爾 (Hneri 一 Vidal)在實驗中進行多次試驗發(fā)現(xiàn)的，試驗結果表明當土中摻有纖維材料時，擋土墻的強度能夠提高到原來擋土墻強度的幾倍以上。同時，他還通過三軸壓縮試驗的試驗結果首次提出了加筋土的概念，并且將其研究成果撰寫成論文，分析了擋土墻內力計算分析的方法，為現(xiàn)代加筋土技術具有的廣闊的應用前景奠定了堅實的基礎。從而，工程師亨利一維達爾 (Hneri 一Vidal)榮獲了加筋土技術創(chuàng)始人的稱號。我國對于加筋土技術的研究與進行應用 20世紀 70 年代的中期才漸漸開始， 1978 年在云南的田壩貯煤場首次建成了我國第一座加筋土擋土墻進行試驗， 1980 年在山西晉城 — 陵川公路上修建了第一座公路加筋土擋土墻。加筋土擋土墻已在鐵路、建筑、水利、公路和各種礦產部門得到廣泛的應用。 錨桿技術在土木工程中的應用已經具有非常悠久與輝煌的歷史。最早于 1890 年北威爾士的一個煤礦加固工程中，由于結構需要最先出現(xiàn)運用鋼筋加固巖層，美國于 1912 年在阿伯施來辛德的大型煤礦中使用錨桿來進行頂板的支付工 作。從 20 世紀四、五十年代開始，法國、英國、美國、德國等國家就漸漸的開始運用錨桿的特殊作用來對隧道及其洞口的邊坡、各種建筑物的邊坡進行加固工作。到 20 世紀 50西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 3頁 年代開始，由于工程建筑的需要，我國開始從國外引進錨桿技術，最初是將其運用于煤炭系統(tǒng)中的加固與防護。從 20 世紀 60 年代之后，錨桿技術在各個領域中的應用迅猛發(fā)展并且越來越廣泛的應用于土木工程建設過程中的大量領域中。錨桿擋土墻作為一種輕型的支擋結構，由于其大量的有點被認可，其開始逐漸取代早期的笨重的重力式擋土墻，并廣泛應用于鐵路、公路路、煤礦及水利等工程的支 擋結構當中。 錨定板擋土墻是由我國鐵道部門在不斷實踐與總結中發(fā)明而出的，它在 20 世紀70 年代的初期開始得到迅猛的發(fā)展， 1974 年首次運用于太焦鐵路上，目前由于其獨特的性能，在鐵路部門各類工程中的應用非常廣泛，其在鐵路、公路、煤礦、水利等部門的立交橋臺的防護、邊坡的支撐、坡腳的防護等大量工程中也有非常廣泛的應用。 從 20 世紀 70 年代開始，法國、美國、英國以及原德意志聯(lián)邦共和國這幾個國家均各自獨立的發(fā)明了一種用于邊坡穩(wěn)定和土坑開挖的的一種稱為土釘支護的新型擋土墻支護技術，并在法國、德國兩國中得到了迅猛的大范圍推 廣運用。尤其在是20 世紀 70 年代和其后面的一段短的時間內，土釘支護結構先后在德國的法蘭克福地鐵工程與紐倫堡地鐵工程的基坑土體開挖工程中的應用獲得巨大成功，這次的成功應用對于土釘墻的技術出現(xiàn)與推廣發(fā)展產生了重大的積極影響。 我國于 1980 年第一次將土釘墻支護技術在山西柳灣煤礦的邊坡穩(wěn)定工程中應用，其后，土釘墻技術在我國也得到發(fā)展。近年來，一些高等教育院校、建筑設計院和科研院等部門在土釘墻技術的研究與開發(fā)應用方面也進行了大量的試驗與研究工作。 卸荷板擋土墻結構在外國建筑工程中的應用比較早，小的日本、前蘇聯(lián)等這些國家在港口一些工程建筑物中對這種新型結構的應用與研究比較多。印度于 20 世紀70 年代對在建筑物邊坡工程中設置卸荷板的懸臂式擋土墻進行了大量的研究，通過理論上的分析與在現(xiàn)實中的試驗對其結構形式做了一些討論。我國國內對于卸荷板擋土墻在港口工程建筑物中的運用也相對較早，主要在重力式碼頭與岸壁結構中對其進行大量的運用。原德意志聯(lián)邦共和國還進行了長達 10 年的工程觀測，獲得了許多有價值的數據。 隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，我國對新型結構的研究也更加廣泛，誕生了大量復合式擋土墻結構，如下圖所示的重力式錨桿復合擋土墻與豎向預應力 錨桿擋土墻等。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 4頁 豎向預應力錨桿擋土墻是重力式擋土墻與豎向設置的預應力錨桿組合形成的一種新型支擋構造物，如圖 11 所示 [4]。 重力式錨桿擋土墻是在原本的重力式擋土墻的結構基礎上，添加進錨桿技術而產生的一種新型的支擋結構，如圖 12 所示。 圖 11 豎向預應力錨桿擋土墻 圖 12 重力式錨桿擋土墻 這些年以來，在熟悉掌握了傳統(tǒng)擋土墻結構形式與構造技術的基礎上，同時也研究與開發(fā)了一些新的結構形式的擋土墻，如常見的 U 形擋土墻和倒 Y 形擋土墻。倒 Y 形擋土墻這一新型結構是由日本的神戶大學的田中博士通過實驗首次發(fā)現(xiàn)的，倒 Y 形擋土墻它首先是將混凝土通過預制做成 1～ 4m 的不同尺寸的砌體塊狀物，然后再將預制的砌形塊狀物通過組合鋪筑在碎石類基礎之上，最后回填碎石從而構成完整的擋土墻。倒 Y 形擋土墻在力學性能上具有較高的抗傾覆、抗滑動的重要特點，另外倒 Y 形擋土墻還具有良好的排水性能，避免地下水位對擋土墻造成嚴重侵蝕的優(yōu)點。 U 形擋土墻在結構形式上與傳統(tǒng)的懸臂式擋土墻類似，它是通過將底板和側壁通過鋼筋連成一個整體，形成與字母“ U”相似的形狀。在需要采取挖方的地段，需要我們將路基面鋪筑在地下水位之下時，很適合采用采用 U 形擋土墻結構進行設計。在進行 U 形擋土墻的設計時，其與傳統(tǒng)的擋土墻相比，主要不同之處在于應該考慮地下水水壓力對于路基的影響，同時在進行檢算時必須考慮上浮穩(wěn)定性驗算。 U 形擋土墻的底板寬度與傳統(tǒng)擋土墻相比更寬，可將其看作一個彈性的地基梁。當遇到地下水的水位較高的情況時，為保證擋土墻的上浮穩(wěn)定性也可以將地板進行加厚設計或者設計成橫向懸出。 在現(xiàn)代，進行一些新型結構的研究開發(fā)的同時，開發(fā)對擋土墻應用新材料、新施工工藝也是擋土墻向前發(fā)展的一種新趨勢。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 5頁 加筋土擋土墻當中最為常用的筋材形狀是條帶式，而通過網狀加筋和土工合成材料進行平面加筋能夠很大程度上增強填土和加筋材料之間的摩擦力，從而從另一方面提高擋土墻的抗傾覆與抗滑移穩(wěn)定性。除此之外，由于擋土墻填土發(fā)生的固結沉降，會改變擋土墻中加筋的受力情況，同時使加筋所受拉力與墻面板所受的基礎壓力增大增強，所以在一些國家中，在墻面板與加筋連接部位之間安裝了可以發(fā)生上下自由滑動的機構來對墻面板和填土之間發(fā)生的不均勻沉降引起的不利因素進行調節(jié)。 錨索擋土墻是在錨桿擋土墻的基礎上，使用錨索代替?zhèn)鹘y(tǒng)錨桿從而形成的。目前錨索在 防護、加固工程中應用非常廣泛。 為了能夠滿足擋土墻所受到的上部荷載的支承力，可以通過減輕墻后填料的重度，從而墻后的填料重度越輕就越能減少墻基所受支承力和墻背所受土壓力。對于修筑于軟弱地層地基上的擋土墻，為了防止擋土墻發(fā)生滑移，可采用高爐爐渣等輕質且具有良好摩擦的填料，也可以力用空心結構物（如箱型、管形等結構形式）對擋土墻背后進行填充。 伴隨著科學技術的迅猛發(fā)展與聚合物研究日趨成熟，聚合物的應用更加廣泛，泡沫砂漿、泡沫聚苯乙烯等這些具有良好性能的輕質填料也開始得到廣泛的應用。 另外，從另一方面來講，也可以通過 添加水泥或石灰等具有粘性的穩(wěn)定劑來改善土壤的含水性能，從而降低土壤的含水量，進一步提高墻后填料的強度和穩(wěn)定性。通常來講，由于改善后的填料各方面性質都普片得到了較大程度上的提高，對于減小墻后的土壓力作用效果是非常明顯的。 關于本課題 在追求效率和質量的今天，傳統(tǒng)擋土墻已經越來越不適用。無論是材料的選用，結構形式的變化，擋土墻已經有了一個較大的發(fā)展。但這些還不能適應現(xiàn)代社會對土木工程的要求。研究預制鋼筋混凝土塊拼裝式擋土墻的目的就在于解決在擋土墻施工時混凝土必須現(xiàn)澆的問題，通過在工廠預制好混凝土塊之后， 再將其運到現(xiàn)場進行拼裝?？梢怨?jié)省大量的人力和費用。并且也不需要在施工的現(xiàn)場堆放大量材料和施工機具，場地大小對其限制不大。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 6頁 因此，本文首先對擋土墻背景資料進行了收集并整理，其中包括了擋土墻背景資料的了解、學習，外文文獻的翻譯與學習，有關專業(yè)資料的查找與整理。然后對各種土壓力方法進行了分析與學習，包括了庫倫與郎肯土壓力計算方法、第二破裂面法、以及建筑地基規(guī)范方法計算重力式擋土墻土壓力計算方法等的分析與比較。最后對擋土墻進行了設計與計算，包括土壓力的計算，工點資料的研究，路基面和擋土墻結構的設計，擋土墻的檢算，以 及在列車動應力作用下的擋土墻的檢算，基礎的設計與鋼筋的配置，理正擋土墻設計軟件的應用，施工方法的研究。 西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 7頁 第 2 章 擋土墻土壓力計算分析 各類擋土墻介紹 重力式擋土墻 重力式擋土墻可分為三類：普通形式的重力式擋墻、衡重式擋土墻與無衡重臺的折線形墻背形式重力擋土墻 [5]。在這三類擋土墻形式中，衡重式擋土墻由于具有衡重臺的這一結構的存在，改善了擋土墻墻體的承受力的性能，增強了擋土墻的抗傾覆能力和抗滑移能力，而使其在土工建筑物中的運用范圍更加廣泛。因此，清楚正確地了解衡重式擋土墻的受力及變形特性，同時進行精確的土壓力計算和合理的結構設計便具有非常重要的價值與作用。日前，對于擋土墻所受的土壓力計算方法仍然采用經典的庫倫土壓力理論和朗金土壓力理論兩大理論。經典土壓力理論計算比較簡便，基本能達到工程建設所需的精度要求，但庫倫土壓力理論中的一些基本假設并不與實際情況完全相符，使其的可 靠性、準確性與使用范圍等都受到不同程度的影響。為了進一步發(fā)展和研究擋土墻的土壓力計算方法理論，很多專家學者在既有的經典庫倫土壓力理論的基礎上做了很多更深一步的試驗工作，對粘性土的土壓力計算方法、形成的破裂面的形態(tài)、土壓力的非線性分布、土壓力分布規(guī)律及大小及影響土壓力變化的因素等問題進行了深入的研究。衡重式擋土墻的由于具有衡重臺這一結構存在，其墻背土壓力的分布及大小、土壓力的變化規(guī)律和一般的重力式擋土墻有一些不同。目前，對于衡重式擋土墻的土壓力計算方法采用的方法是將擋土墻上、下墻段分開進行計算，取其兩段受力的 矢量和作為墻背所受總土壓力。由于在分開的計算過程中沒有考慮擋土墻上、下墻背土壓力之間產生的相互影響，從而使所計算表得出的結果與實際情況相比誤差較大。總的說來，這種計算方法表明現(xiàn)在我們對衡重式擋土墻的認識還不夠深入，所得到的研究成果比較少；對衡重式擋土墻墻背土壓力分布規(guī)律及影響土壓力變化的因素、土壓力作用機理的研究，還沒有形成系統(tǒng)的理論，需要更多的努力。對擋土墻土壓力進行研究的方法，可以通西南交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 第 8頁 過先進行理論推導與數值計算，然后進行現(xiàn)場監(jiān)測與室內普通模型試驗、立新模型試驗一系列有效的途徑。離心模型試驗因為其能夠在實驗 條件下很有效的模擬出在重力作用下構筑物發(fā)生的變形與位移的真實性狀，展現(xiàn)了很大的優(yōu)越性，同時由于其具有時間比尺的特殊性使其在模擬巖土工程試驗時能夠很大程度的縮短實驗所需要的時間，提高工作效率，在巖土